肝脏是以代谢功能为主的器官。肝脏疾病是威胁我国人群健康的主要疾病负担之一,常见的肝脏损害因素包括病毒、酒精和药物等,此外研究发现,环境污染物如重金属暴露也可能损伤肝脏。血清丙氨酸氨基转移酶（Alanine aminotransferase,ALT）是最常用的反映肝脏损伤的敏感性指标。在较大样本量的流行病学研究中,ALT增高（排除病毒性肝炎、色素沉着症和饮酒者等）常被用作非酒精性脂肪性肝病的筛查。生活环境中,烟草烟雾、交通尾气、厨房油烟和食物等是普通人群常见的重金属暴露来源。重金属通过呼吸吸入、饮食摄入和皮肤接触等途径进入人体后,在肝脏富集和代谢,可直接损伤肝脏。实验研究表明一些重金属暴露与肝脏损伤存在关联,但相关流行病学证据少且结果不一致。此外,既往研究多为横断面设计,队列研究较少,普通人群较长期重金属暴露与肝脏损伤的关联研究十分缺乏。重金属引起肝脏损伤的机制仍不清楚。研究表明,系统性炎症反应、氧化应激和转化生长因子-β1（TGF-β1）在肝脏损伤过程中扮演着重要角色,但系统性炎症、氧化应激和TGF-β1是否参与重金属暴露相关的肝脏损伤尚不明确。基于此,本研究依托武汉-珠海前瞻性队列,在社区成年居民中展开研究。首先通过问卷收集人口学特征和生活习惯等信息,采集晨尿样本测定镉（Cadmium,Cd）、砷（Arsenic,As）、铅（Lead,Pb）、铬（Chromium,Cr）、铜（Copper,Cu）、镍（Nickel,Ni）和锌（Zinc,Zn）等土壤污染必测重（类）金属（GB 15618-2018）浓度,分析尿重金属的人群分布以及常见外暴露源对尿重金属水平的影响。进一步测定空腹血样中血清ALT水平,并结合问卷信息判定ALT增高（排除病毒性肝炎、色素沉着症和饮酒）,以ALT水平和ALT增高作为肝脏损伤指标,探究尿重金属水平与肝脏损伤的关联。在此基础上,通过中介作用分析,探究系统性炎症和氧化应激标志物以及TGF-β1在重金属暴露与肝脏损伤关联中的潜在作用,为重金属暴露致肝脏损伤的机制研究提供线索。本课题研究包括以下三个部分:第一部分 社区人群尿重金属的分布和暴露来源分析目的:了解社区居民尿重金属Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的浓度及分布,并评估重金属内暴露的可能来源。方法:研究对象为武汉-珠海队列基线调查成员,该队列建于2011～2012年,在武汉和珠海社区中招募18～80岁、未罹患重大恶性疾病且当地居住5年及以上的居民,此后每3年随访一次,现已完成两次随访。使用电感耦合等离子体质谱联用仪测定尿样中Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn浓度,并经尿肌酐校正。根据Spearman秩相关系数评估各尿重金属的相关关系。采用多因素线性回归模型分析尿重金属浓度的人群分布。采用线性混合模型评估吸烟、烹饪、交通暴露和各类型食物等外暴露源对尿重金属浓度的影响,并通过多因素线性回归模型的R2变化百分比评估各暴露来源的相对贡献大小。结果:1.所纳入4097名研究对象的平均年龄为52.76岁,平均体质指数（Body mass index,BMI）为23.98 kg/m2,女性占比 67.90%。尿Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn浓度的中位数分别为0.10、2.68、0.24、0.13、0.69、0.19和26.65μg/（mmol尿肌酐）。2.各尿重金属之间的Spearman相关系数介于0.14～0.52（P＜0.05）。与国内外其他研究人群相比,本研究的七种尿重金属浓度处于中等水平。3.多因素线性回归模型分析,相较于年龄较低者（≤55岁）,年龄较高者（＞55岁）的尿Cd、As、Cu和Zn水平更高（P＜0.05）;相较于男性,女性的尿Cd、As、Pb、Cr、Cu和Ni水平更高,而Zn水平更低（P＜0.05）;相较于超重者（BMI≥24 kg/m2）,不超重者（BMI＜24kg/m2）的尿Cd水平更高（P＜0.05）;相较于不吸烟者,吸烟者的尿Cd、Pb、Cu和Zn水平更高（P＜0.05）。4.吸烟状态（是/否,不吸烟为参照）、被动吸烟（是/否,无被动吸烟为参照）、烹饪状态（是/否,不烹饪为参照）和交通暴露时间（小时/天）以及水产品和腌制品摄入（次/月）与部分重金属水平呈显著正向关联,按照影响因素的相对贡献排序:Cd,吸烟＞烹饪＞被动吸烟;As,水产食品＞被动吸烟;Pb,吸烟＞腌制食品;Cr,腌制食品＞交通暴露;Cu,吸烟＞交通暴露;Zn,吸烟＞交通暴露＞腌制食品（所有P＜0.05）。结论:尿重金属在不同年龄、性别、BMI和吸烟状态者中的分布存在差异。吸烟、被动吸烟、烹饪、交通暴露、水产食物和腌制食物可能是一些重金属暴露的重要来源。第二部分 社区人群尿重金属水平与肝脏损伤指标的关联研究目的:通过横断面研究和纵向研究评估尿重金属浓度与ALT水平及ALT增高的关联。方法:横断面研究中,在第一部分4097名研究对象的基础上,排除未检测血清ALT浓度者,共4022名居民纳入分析。ALT增高判定原则包括:①非病毒性肝炎、色素沉着症或饮酒者,②男性ALT＞30 U/L,或女性ALT＞19 U/L。单金属模型中,采用线性混合模型和Logistic回归模型分别评估尿重金属浓度与血清ALT水平及ALT增高的关联,通过限制性立方样条模型对线性/非线性关联进行评估,并通过剔除吸烟者、尿肌酐浓度超出参考范围者、肾脏疾病患者或使用我国卫生行业标准推荐的ALT增高参考值（男性ALT＞50 U/L,或女性ALT＞40U/L）等进行敏感性分析。按照人群基本特征分组后进行分层分析。多金属混合暴露模型中,采用加权分位数和（Weight quantilesum,WQS）回归模型和贝叶斯核函数回归（Bayesiankernel machine regression,BKMR）模型评估七种重金属混合暴露与ALT水平及ALT增高的关联。纵向研究纳入参加基线调查和随访的研究对象,共4022人,合计7061人次,通过组内相关系数（Intraclass correlation coefficient,ICC）评估尿重金属在3年和6年随访的时间变异性,采用重复测量数据的线性混合模型评估尿重金属浓度与血清ALT水平的纵向关联。采用Cox回归模型评估尿重金属（间隔3年的ICC≥0.40）的基线浓度与ALT增高风险的危险比（Hazard ratio,HR）。结果:1.横断面研究纳入基线调查的4022名研究对象（女性占比67.93%）,平均年龄为52.78岁。排除病毒性肝炎、色素沉着症和饮酒者（611人）后,有1226人（35.94%）ALT增高。单金属模型中,尿Cd、Pb、Cr、Cu和Zn浓度的对数转换值每增加一个单位,ALT浓度的对数转换值分别增加0.027（95%CI:0.004,0.049）、0.058（0.038,0.078）、0.040（0.020,0.060）、0.042（0.020,0.063）和0.036（0.011,0.059）,ALT增高风险分别增加 15.9%（95%CI:3.8%,29.5%）、24.5%（13.1%,37.1%）、22.1%（11.0%,34.4%）、22.9%（10.8%,36.5%）和 25.3%（11.5%,40.7%）（以上 PFDR＜0.05）。限制性立方样条模型显示以上关联呈线性正向关联。敏感性分析显示以上关联具有稳健性。分层分析结果显示,尿Cd、Pb、Cr和Zn浓度与ALT水平的关联在不吸烟者中更加明显,尿Pb与ALT水平的关联在超重者（BMI ≥24 kg/m2）中更加明显,尿Cd与ALT增高的关联在服药者中更加明显（P效应修饰＜0.05）。2.横断面研究的多金属模型中,七种重金属混合暴露的WQS指数与ALT水平呈正向关联（β=0.075,95%CI:0.049,0.100）,其中Pb贡献权重最大;WQS指数与ALT增高呈正向关联（OR=1.243,95%CI:1.100,1.403）,其中Cr贡献权重最大。BKMR模型显示,随着尿重金属浓度升高,血清ALT水平和ALT增高风险均显著升高。尿Cr和Zn在与ALT增高的关联中存在统计学交互作用（P交互＜0.05）。3.纵向研究发现,间隔3年尿Cd浓度的ICC=0.76,尿As的ICC=0.42,尿Zn的ICC=0.44,其他尿重金属的ICC＜0.40;间隔6年尿Cd浓度的ICC=0.68,其他尿重金属的ICC＜0.40。本研究人群间隔3年和6年尿Cd浓度的稳定性最好。4.纵向研究中,尿Cu浓度的对数转换值每增加一个单位,血清ALT水平年均额外升高0.62%（95%CI:0.08%,1.16%）。尿Zn浓度的对数转换值每增加一个单位,ALT水平年均额外升高0.74%（0.05%,1.44%）。敏感性分析显示上述关联具有稳健性。超重人群（BMI≥24 kg/m2）中,以尿As浓度最低四分位组为参照,尿As最高四分位组人群的ALT增高风险显著升高（HR=1.467,95%CI:1.031,2.086）。结论:普通人群重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Zn暴露可能与肝脏损伤存在关联,超重者的As暴露可能增加肝脏损伤风险。第三部分 系统性炎症、氧化应激和转化生长因子-β1在尿重金属水平与肝脏损伤关联中的潜在中介效应研究目的:评估系统性炎症、氧化应激和TGF-β1在尿重金属与肝脏损伤指标关联中的潜在作用。方法:基于第二部分横断面研究的4022名基线人群,采用酶联免疫吸附试验对系统性炎症标志物血浆C-反应蛋白（C-reactiveprotein,CRP）、脂质过氧化标志物尿8-异前列腺素 F2α（8-iso-prostaglandin F2α,8-iso-PGF2α）以及血浆TGF-β1 浓度进行检测,采用高效液相色谱-电化学检测法对DNA氧化损伤标志物尿8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-deoxy-guanosine,8-OHdG）浓度进行检测。通过线性混合模型分别评估尿重金属与 CRP、8-iso-PGF2α、8-OHdG 和 TGF-β1 的关联以及 CRP、8-iso-PGF2α、8-OHdG和TGF-β1与ALT水平的关联。采用Logistic回归模型分别评估CRP、8-iso-PGF2α、8-OHdG和TGF-β 1与ALT增高的关联。评估尿重金属和CRP、8-iso-PGF2α、8-OHdG、TGF-β1等在与肝脏损伤指标关联中的联合作用。通过中介模型分别评估CRP、8-iso-PGF2α、8-OHdG和TGF-β1在尿重金属与肝脏损伤指标关联中的中介效应。结果:1.尿Cd、Cu和Zn浓度与血浆CRP呈正向关联（P＜0.05）。CRP与ALT水平及ALT增高呈正向关联（P＜0.05）。尿Cd和血浆CRP在与ALT增高的关联中存在统计学交互作用（OR交互=1.130,P交互＜0.05）。CRP部分介导了尿Cd、Cu和Zn与ALT水平及ALT增高的关联,中介比例介于2.67%～6.74%（P中介＜0.05）。2.尿Cd、Pb、Cr、Cu和Zn浓度与8-iso-PGF2α及8-OHdG呈正向关联（P＜0.05）。8-iso-PGF2α与ALT水平呈正向关联（P＜0.05）。尿Zn和8-OHdG在与ALT增高的关联中存在统计学交互作用（OR交互=1.092,P交互＜0.05）。8-iso-PGF2α部分介导了尿Cd、Cr、Cu和Zn与ALT水平的关联,中介比例分别为22.95%、13.73%、15.53%和22.47%（P中介＜0.05）。8-OHdG在尿重金属与血清ALT水平或ALT增高关联中的中介效应无统计学意义（P中介＞0.05）。3.尿Pb和Cr浓度与血浆TGF-β1呈负向关联,Zn浓度与TGF-β1呈正向关联（P＜0.05）。TGF-β1与ALT水平及ALT增高呈负向关联（P＜0.05）。尿Cr和血浆TGF-β1在与血清ALT水平的关联中存在统计学交互作用（β交互=-0.024,P交互＜0.05）。TGF-β1部分介导了尿Pb和Cr浓度与血清ALT水平及ALT增高的关联,中介比例介于 3.92%～11.84%（P 中介＜0.05）。结论:系统性炎症反应可能参与了 Cd、Cu和Zn暴露致肝脏损伤的过程,脂质过氧化可能参与了 Cd、Cr、Cu和Zn暴露致肝脏损伤的过程,TGF-β1可能参与了 Pb和Cr暴露致肝脏损伤的过程。